| |
| |
|
|
| |
|
Polska Energetyka
Słoneczna – listopad 2003
Eugeniusz Rylewski
Najpowszechniejsze kolektory słoneczne – nasze okna.
Okna
i związana z nimi obecnie wentylacja grawitacyjna powoduje
około 880 kWh strat energetycznych na rok na jednego Polaka.
Przez zastosowanie wentylacji z rekuperacją ciepła można
otrzymać porównywalne zyski w wysokości do 800 kWh na
rok. Artykuł analizuje różne alternatywy wykorzystania
systemów okien i wentylacji.
W chwili, kiedy instalowanie
kolektorów słonecznych zwłaszcza dla ciepłej wody użytkowej
staje się powszechne, zobaczmy jak wykorzystywane są nasze
kolektory okienne. W Polsce, średnia powierzchnia mieszkalna
na mieszkańca wynosi 18,1 m2 na osobę. Jeżeli
przyjąć współczynnik powierzchni okien do powierzchni mieszkalnej
na poziomie 15 % na mieszkańca przypada 2,7 m2
okien. W skali całego państwa na 38 milionów mieszkańców
daje to 102,6 milionów m2 okien tylko w budynkach
mieszkalnych, nie licząc budynków użyteczności publicznej.
Biorąc pod uwagę tylko strony korzystne słonecznie od wschodu
do zachodu ze średnim promieniowaniem słonecznym padającym
na metr kwadratowy powierzchni pionowej na poziomie 300
kWh/m2 na sezon grzewczy przy przepuszczalności
60 % i zdyskontowaniu na zaciemnienie przez przegrody w
wysokości 85 % otrzymujemy 102,6 milionów x 0,6 x 0,85 x
300 kWh = 15,7 miliardów kWh energii słonecznej do wykorzystania
rocznie.
Zobaczmy, co się dzieje z
tą energią.
1. Stan obecny.
Dość znaczną cześć okna zajmują
ramy – około 35 %. Ta liczba jest często wyższa nawet
w takich potęgach przemysłowych jak Stany Zjednoczone
lub Federacja Rosyjska mimo tego, że państwa te posiadają
klimaty surowe. Przepuszczalność energii przyjmujemy 77
% dla dwóch zwykłych szyb. Izolacyjność U= 2,8 W/m2K.
Klimat 4000 stopniodni.
Pierwszy bilans uproszczony dla okna szczelnego.
|
|
|
|
|
|
|
| Straty
2,7 m2 x 2,8 W/m2K x 96 kWhK/W = |
-
726 kWh/a |
| Zyski
słoneczne 2,7 m2 x 0,65 x 0,77 x 300 kWh/m2a = |
+
405 kWh/a |
| Bilans |
-
321 kWh/a |
|
|
|
|
|
|
To
niestety nie wszystko. Powyżej założyliśmy, że 100 % energii,
która wchodzi do mieszkania jest wykorzystana. Byłoby tak
gdybyśmy nie używali okna do wentylacji. Tak zwana wentylacja
naturalna lub grawitacyjna marnuje dużą cześć nie tylko
zysków słonecznych, ale i zysków wewnętrznych pochodzących
z aktywności ludzi w pomieszczeniu. Część jaka efektywnie
jest do naszej dyspozycji jest szacowana przez niektórych
naukowców na poziomie 30 %. Jeśli przyjmiemy nawet 40 %
energii faktycznie wykorzystanej wtedy ten uproszczony bilans
będzie wyglądał następująco: |
|
|
|
|
|
|
| Straty
2,7 m2 x 2,8 W/m2K x 96 kWhK/W = |
-
726 kWh/a |
| Zyski
słoneczne 405 x 0,4 = |
+
162 kWh/a |
| Bilans |
-
564 kWh/a |
|
|
|
|
|
|
| 2.
Bilans kompletny okna.
W celu dokonania pełnej analizy okna umieśćmy
statystycznego Polaka w pomieszczeniu, w którym znajduje
się 2,7 m2 okna. Zyski wewnętrzne załóżmy na
poziomie 880 kWh/a i wentylację 21 m3/h.
|
|
|
|
|
|
|
| Straty
przez okno = |
-
726 kWh/a |
| Straty
wentylacji 21 m3/h x 0,33 x 96 kWhK/W = |
-
672 kWh/a |
| Zyski
słoneczne = |
+
162 kWh/a |
| Zyski
wewnętrzne 880 x 0,4 = |
+
352 kWh/a |
| Bilans
całkowity |
-
884 kWh/a |
|
|
|
|
|
|
|
Ten przykład pokazuje, że wprowadzenie
wentylacji pogarsza bilans okna nie tylko z powodu strat
ciepła na ogrzanie samego powietrza, ale także z powodu
nie wykorzystania całości zysków słonecznych i wewnętrznych.
3.
Instalacja wentylacji z odzyskiem ciepła.
Zobaczmy, co
można uzyskać, jeżeli uszczelnimy istniejące okno i zamontujemy
wentylację z 70 % odzyskiem ciepła tzn., że powietrze wychodzące
przekazuje 70 % swojego ciepła powietrzu wchodzącemu. W
tym przypadku możemy przyjąć wykorzystanie 100 % zysków
słonecznych i wewnętrznych. |
|
|
|
|
|
|
| Straty
przez okno = |
-
726 kWh/a |
| Straty
wentylacji 672 x 0,3 = |
-
202 kWh/a |
| Zyski
słoneczne = |
+
405 kWh/a |
| Zyski
wewnętrzne 880 x 1,0 = |
+
880 kWh/a |
| Bilans
całkowity |
+ 357
kWh/a |
|
|
|
|
|
|
| Mimo,
że okno ma te same szyby bilans zmienia się z negatywnego
na pozytywny.
4. Wymiana okna z oddzielną wentylacją
Skompletujmy instalację wentylacji z odzyskiem
ciepła wymieniając okno z szybami o współczynniku
U = 3 W/m2K na okno z szybami U = 1,1 W/m2K. Współczynnik
przenikania energii słonecznej będzie oczywiście niższy.
|
|
|
|
|
|
|
| Straty
przez okno 2,7 m2 x 1,3 W/m2K x 96 kWhK/W = |
-
337 kWh/a |
| Straty
wentylacji 672 x 0,3 = |
-
202 kWh/a |
| Zyski
słoneczne 2,7 m2 x 0,65 x 0,61 x 300 kWh/m2a = |
+
323 kWh/a |
| Zyski
wewnętrzne 880 x 1,0 = |
+
880 kWh/a |
| Bilans
całkowity |
+
664 kWh/a |
|
|
|
|
|
|
|
Ten bilans bardzo pozytywny może być
jeszcze ulepszony, jeśli wybierzemy okna z mniejszą powierzchnią
ram w stosunku do całego okna i dodamy izolację ram. Bilans
około + 830 KWh/a może być w ten sposób osiągnięty.
5.
Bilans dla okiennicy RymSol zamkniętej
Pierwsza na
świecie izolacja, która pochłania energię słoneczną RymSol
jest prawdziwą diodą termiczną. W wersji okiennic wewnętrznych
słońce przechodząc przez okno powoduje wzrost temperatury
powierzchni o kolorze ciemnym, znajdującej się za oknem.
To powoduje cyrkulację powietrza w kanałach wewnętrznych
i powoduje ogrzanie drugiej powierzchni, która znajduje
się wewnątrz mieszkania. Ta powierzchnia przekazuje następnie
energię do wewnątrz. Gdy nie ma słońca np. nocą konstrukcja
kanałów nie pozwala na cyrkulację powietrza w przeciwnym
kierunku. Powietrze ulega stagnacji w dwóch strefach i okiennica
staje się izolacją. Pierwsze badania w laboratorium szwajcarskim
EMPA potwierdzają nasze wyniki. |
|
|
|
|
|
|
| Straty
przez okno 2,7 m2 x 0,4 W/m2K x 96 kWhK/W = |
-
104 kWh/a |
| Straty
wentylacji 21 m3/h x 0,33 x 96 kWhK/W x 0,3 = |
-
202 kWh/a |
| Zyski
słoneczne 2,7 m2 x 0,65 x 0,4 x 300 kWh/m2a = |
+
211 kWh/a |
| Zyski
wewnętrzne 880 x 1,0 = |
+
880 kWh/a |
| Bilans
całkowity |
+ 785
kWh/a |
|
|
|
|
|
|
| Ten
bilans okiennicy cały czas zamkniętej zdarza się przy nieobecności
mieszkańców (rodzice w pracy – dzieci w szkole). Przy okiennicy
otwartej podczas dnia penetracja energii słonecznej jest większa
co kompensuje większe straty ciepła i prowadzi do takiego
samego wyniku.
6. Bilans domów wakacyjnych używanych okresowo.
Weźmy pod uwagę dom wakacyjny, który jest
używany przez kilka tygodni a resztę roku trzeba ogrzewać
( Francja jest pierwszym krajem na świecie pod względem
ilości takiej powierzchni na mieszkańca). Przyjmijmy, że
straty są trzy razy mniejsze ( 32 kWhK/W zamiast 96 kWhK/W)
i wentylacji 12 m3/h, aby uniknąć gromadzenia się zanieczyszczeń
oraz zbyt dużej wilgotności.
|
|
|
|
|
|
|
| Straty
przez okno 2,7 m2 x 0,4 W/m2K x 32 kWhK/W = |
-
35 kWh/a |
| Straty
wentylacji 12 m3/h x 0,33 x 32 kWhK/W x 0,3 = |
-
38 kWh/a |
| Zyski
słoneczne 2,7 m2 x 0,65 x 0,45 x 300 kWh/m2a = |
+
237 kWh/a |
| Zyski
wewnętrzne = |
0
kWh/a |
| Bilans
całkowity |
+ 164
kWh/a |
|
|
|
|
|
|
|
Wnioski
Analiza
okien i związanej z nimi tzw. wentylacji grawitacyjnej pokazuje
ogromne straty energetyczne 880 kWh/a na każdego Polaka.
Te straty mogą być zamienione w zyski prawie tej samej wielkości.
Inwestycję tą, która zwraca się po kilku latach eksploatacji,
można przeprowadzać przez cały rok bez względu na warunki
klimatyczne. |
|
|
|
|
|
|
|
